Мінорні компоненти та жирнокислотний склад поверхневих ліпідів деяких видів рослин

      Ненасиченість жирних кислот, яка досягає значення 38 % є незвичайним явищем для ПЛ рослин. На відміну від хвойних рослин, для жирних кислот ПЛ водних рослин відмічається підвищений вміст більш високомолекулярних жирних кислот з довжиною ланцюга С₁₆, С₁₈, що є свідченням більш інтенсивної роботи синтази жирних кислот. Для ПЛ водних рослин характерним є високий вміст кислот з непарною кількістю атомів Карбону (6 - 8 %), які, згідно [Bianchi, 1995], знаходяться не в естерифікованій формі і складають основу фракції вільних жирних кислот.

     Нами  було показано наявність у складі ПЛ водних рослин ряду незвичайних жирних кислот та мінорних компонентів (табл. 5).

Відмічається  присутність розгалуженої пентадеканової кислоти, аліциклічної кислоти. Дитерпени  у ПЛ водних рослин представлені дегідроабієтановою кислотою, Окрім дициклічної кислоти нами була виявлена також кислота з циклогептановим фрагментом, що не було характерно для ПЛ хвойних рослин.

      Компонент-специфічний  ізотопний склад  поверхневих ліпідів  водних та хвойних рослин. Для ПЛ вивчених рослин цього типу середні значення дискримінації важкого ізотопу ¹³С для жирних кислот є характерними для рослин з С₃ – типом фотосинтезу (табл. 6).

Для високомолекулярних жирних кислот загалом характерна більша дискримінація важкого ізотопу в процесі біосинтезу. Процес десатурації також є чутливими до ізотопного складу метаболітів. Перехід від С_18:0 до С_18:1 та С_18:2 супроводжується збільшенням компонент-специфічної дискримінації від –27,89 до -28,79 та -28,77 відповідно (Typha latifolia L.) та від –27,66 до –28,38 та –28,97 (Juncus effusus L.). При цьому перший етап десатурації є більше чутливим до ізотопного складу компонентів, ніж другий. Десатурази олеїнової кислоти майже не чутливі до ізотопного складу субстрату, а десатурази пальмітоолеїнової кислоти працюють вибірково в Juncus effusus та невибірково в Typha latifolia.

     Середні значення коефіцієнтів дискримінації  вуглеводнів стабільного ізотопу  ¹³С набагато більше, ніж жирних кислот (табл.7). Особливо це характерно для вуглеводнів ПЛ листя першого року. Очевидно, що на шляхах біосинтезу цих компонентів із жирних кислот існують ферменти, здатні відрізняти ізотопний склад метаболітів.

Приведена вище закономірність щодо зростання  коефіцієнта дискримінації важкого ізотопу ¹³С в процесі елонгації спостерігається і в даному випадку, тобто, довголанцюгові вуглеводні містять менше важкого ізотопу, ніж коротколанцюгові.

     Показано  зниження коефіцієнтів дискримінації  ¹³С у вуглеводнях з віком листя, що характерне для всіх індивідуальних компонентів без виключення. Це можна пояснити гальмуванням процесу вибірковості епідермальних елонгаз з віком.

      Узагальнення  результатів дослідження. Отримані дані дозволяють обговорити деякі аспекти біосинтезу компонентів ПЛ (рис. 3).

Рис. 3 Напрямки використання ацетил Со-А при  біосинтезі поверхневих  ліпідів та середні  коефіцієнти дискримінації d¹³С окремих компонентів (  - напрямки біосинтезу компонентів, що характерні для формування ПЛ у звичайних умовах вирощування,       - напрямки біосинтезу компонентів, що характерні для формування ПЛ при дії токсикантів).

     У звичайних умовах вирощування рослин синтаза жирних кислот, розташована  у стромі хлоропластів, каталізує  синтез жирних кислот з довжиною вуглецевого  ланцюга до С₁₆, С₁₈. Стеаринова і пальмітинова кислоти потім транспортуються до епідермальних тканин, де починають працювати елонгази. Дія токсикантів призводить до зменшення продуктів елонгації, вірогідно, внаслідок або порушення транспорту цих жирних кислот, або внаслідок безпосереднього гальмування ферментативної системи елонгаз. На нашу думку, натомість відбувається більш інтенсивне використання фрагментів малоніл-СоА для синтезу незвичайних для ПЛ жирних кислот. Також можлива інтенсифікація процесу біосинтезу терпеноїдів з пірувату при блокуванні використання кінцевого продукту синтазної системи.

     При впливові токсикантів нонадеканова, тридеканова та тетрадеканова кислоти, утворені внаслідок функціонування синтазної системи, підлягають поступовому  окисненню за кінцевою –СН₃ групою з утворенням відповідних дикарбонових кислот. Частина малоніл-СоА, із використанням в якості затравки ізобутіріл-СоА, ізовалеріл-СоА та 2-метилбутіріл-СоА, дають початок відповідним розгалуженим кислотам. Також відбувається інтенсифікація роботи десатураз, внаслідок чого вміст ненасичених жирних кислот зростає. Із ненасичених жирних кислот синтезується аліциклічна кислота.

     Середні коефіцієнти дискримінації δ¹³C ненасичених жирних кислот та аліциклічної кислот мають більше значення, ніж відповідні величини для стеаринової кислоти. Цей факт підтверджує, по-перше, зв’язок процесів десатурації та біосинтезу аліциклічної кислоти, по-друге, ці величини свідчать про чутливість процесу десатурації до ізотопного складу субстратів, тобто, процес утворення подвійного зв’язку переважно здійснюється з більш “легких” молекул стеаринової кислоти.

     Як  показано в літературному огляді та в обговоренні, обидві системи  елонгації жирних кислот призводять до довголанцюгових жирних кислот з  парною кількістю атомів Карбону (рис. 4).

       CH₃-(CH₂)₁₆-COOH 

Ацил-відновний  шлях    Декарбоксилатний шлях

CH₃-(CH₂)_n-COOH

(n=18-30)

CH₃-(CH₂)_n-COOH       CH₃-(CH₂)_n-COOH

CH₃-(CH₂)_n-COH                 CH₃-(CH₂)_n-1-COOH

CH₃-(CH₂)_n-OH

        CH₃-(CH₂)_n-1-COH  

CH₃-(CH₂)_n-CH₃       

      CH₃-(CH₂)_n-CH₃  

      Рис. 4 Шляхи біосинтезу компонентів поверхневих  ліпідів рослин та середні коефіцієнти  дискримінації окремих  компонентів (δ₁¹³C – коефіцієнти дискримінації компонентів ПЛ хвойних рослин; δ₂¹³C - коефіцієнти дискримінації компонентів ПЛ водних рослин).

     Процес  елонгації є чутливим до ізотопного складу метаболітів, про що говорить збільшення коефіцієнту дискримінації  δ¹³C для довго ланцюгових жирних кислот. Проте, цей процес є видоспецифічним, оскільки для водних рослин δ¹³C збільшується на 4 ⁰/₀₀, а для хвойних рослин на 0,35 ⁰/₀₀. тобто в водних рослин елонгази жирних кислот здійснюють більшу дискримінацію важкого ізотопу Карбону.

     Подальші  шляхи перетворень вищих жирних кислот до алканів супроводжуються  дією ферментів, які здійснюють також значну дискримінацію важкого ізотопу. Значення коефіцієнтів дискримінації для вуглеводнів ПЛ хвойних на » 1 ⁰/₀₀ більше, ніж для жирних кислот, з яких починаються процеси відновлення або декарбоксилювання. Коефіцієнти дискримінації компонентів з парною кількістю атомів Карбону відрізняються від значень цих величин для компонентів з непарною кількістю атомів Карбону.

     Вуглеводні  октакозан (С₂₈) та гептакозан (С₂₇) за відомими схемами повинні синтезуватися з жирної кислоти октакозаноату (С₂₈) за схемою (рис. 5):

      CH₃-(CH₂)₂₆-COOH

      Ацил-відновний  шлях   Декарбоксилатний шлях 

CH₃-(CH₂)₂₆-CH₃     CH₃-(CH₂)₂₅-CH₃

Рис. 5 Шляхи біосинтезу октакозану та гептакозану поверхневих ліпідів Picea pungens першого року та коефіцієнти дискримінації (δ¹³C) для окремих компонентів.

     Коефіцієнт  дискримінації для парного компоненту менше, ніж для непарного. Ця тенденція  зберігається для багатьох пар вуглеводнів. Отже, це є доказом різного шляху  синтезу цих компонентів та ще одним підтвердженням існування двох систем елонгації жирних кислот в поверхневих тканинах рослин.

     Отже, компонент – специфічний ізотопний  аналіз ПЛ, застосований нами, дозволяє розглянути нові аспекти біосинтезу компонентів ПЛ рослин та показати чутливість певних ферментативних систем до ізотопного складу метаболітів.

ВИСНОВКИ

1. Вивчено жирнокислотний склад та мінорні компоненти поверхневих  ліпідів деяких видів хвойних  та водних рослин. Показана наявність  розгалужених, аліциклічних, дикарбонових, фенольних кислот, терпеноїдів. Показано значну дискримінацію стабільного важкого ізотопу ¹³С у компонентах поверхневих ліпідів рослин.
2. У фракції жирних кислот поверхневих ліпідів окрім звичайних кислот виявлені розгалужені (ізо- та антеізо пента- та гептадеканові кислоти), аліциклічні (дициклопропанова кислота), та дикарбонові (дикарбоксинонаноат, дикарбокситридеканоат, 12-метил-тетрадеканоат) кислоти.
3. Серед мінорних компонентів поверхневих ліпідів рослин знайдено терпеноїди класів абієтану та пімарану, фенольні кислоти функція яких, вірогідно, полягає у підтриманні впорядкованості структури поверхневих ліпідів та підвищенні температури фазових переходів “кристалічна - аморфна” фази.
4. В умовах пристосування до факторів зовнішнього середовища відбувається перебудова шару поверхневих ліпідів за участю мінорних компонентів та незвичайних жирних кислот, що підкреслює важливість їх функцій у формуванні поверхневого шару з певними молекулярно – динамічними характеристиками.
5. Показано значну ненасиченість поверхневих ліпідів водних рослин, яка обумовлена наявністю пальмітоолеїнової, олеїнової та лінолевої кислот.
6. Показано компонент – специфічну дискримінацію важкого ізотопу ¹³С жирних кислот та вуглеводнів поверхневих ліпідів рослин, яка найбільш суттєва для довголанцюгових компонентів та ненасичених жирних кислот, що демонструє специфічність ферментів біосинтезу компонентів поверхневих ліпідів стосовно ізотопного складу метаболітів.
7. На основі отриманих даних обговорені деякі аспекти біосинтезу компонентів поверхневих ліпідів рослин.